醫用壓縮空氣系統安全性提升的探討與實踐

陸蕊堅，尹建鵬，張磊，竺炯

上海中醫藥大學附屬曙光醫院 a. 總務處；b. 院辦，上海 201203

引言

隨著我國醫療衛生事業的迅速發展，全國各級各類醫院的數量和呼吸機的擁有量也持續增加[1]。呼吸機已廣泛應用于呼吸科、ICU、急診、心外科、神經外科、神經內科等各臨床科室，在醫療設備中具有重要的地位。呼吸機作為具有較高風險的第三類醫療器械，需要嚴格控制管理以保證其安全性[2]。呼吸機最主要的故障是由于自帶的空氣壓縮機故障引起的氣源不足的故障[3-4]。由于許多科室空間比較擁擠，通風情況不是很好，影響空氣壓縮機的散熱，同時技術人員工作繁忙，未能及時清理過濾器等零件，導致空氣壓縮機的故障，從而出現氣源不足的情況，為避免此類故障的發生，所以幾乎所有醫院都采用了集中供壓縮空氣的方式[5-6]。但這種方式提供的壓縮空氣的品質就會直接影響呼吸機等醫療設備的正常運行。

在美國，對于醫用壓縮空氣系統要求嚴格，將醫用壓縮空氣作為一種特殊的藥物來進行管理的，其品質要求必須符合醫用藥典標準[7]。

由于我國之前對醫用壓縮空氣的認知程度較低、重視程度不高、管理不嚴、設備配置要求較低，而無油壓縮機和吸附式干燥機的價格又相對較高，所以現在全國絕大部分醫院仍然使用由噴油螺桿式空氣壓縮機、儲氣罐、冷凍式干燥機、管道過濾器、減壓閥、管道系統等設備組成的醫用壓縮空氣系統[8-9]。

此系統后期的維護壓力大、成本高，還存在壓縮空氣中含有油和水的問題，會導致呼吸機中的電磁閥、傳感器、電路板等器件損壞，造成高昂的維修費用，同時含油霧的空氣被患者長期吸入容易引起肺炎[10-12]。

本文通過對醫用壓縮空氣系統中產生油和水的設備進行研究分析，提出醫用壓縮空氣系統中壓縮機和干燥機的升級改進措施并進行實施，取得了良好的成效。為醫院節省了維修呼吸機所產生的費用，為病人提供了更安全的氣體。

1 方法

1.1 檢測對象

醫用壓縮空氣系統中壓縮機和干燥機設備作為此次研究的主要對象。

1.2 檢測方法與結果

按照GB/T 13277.3-2015的標準，通過在壓縮空氣管道中安裝BEKO METPOINT DPM露點儀來實時測量壓縮空氣的含水量[13]。按照GB/T 13277.2-2015的標準，在壓縮空氣管道中安裝BEKO METPOINT OCV殘油蒸汽含量檢測儀來實時檢測壓縮空氣中的含油量[14]。參照GB/T 13277.1-2008的標準，對醫用壓縮空氣進行3個月時間的在線檢測，其檢測的數值及壓縮空氣品質等級結果，見表1[15]。

表1 改造前的醫用壓縮空氣品質

1.3 依據

在歐美發達國家已形成了一整套嚴格的標準體系。目前國際上關于醫用氣體系統最具影響力的標準有如下幾個：美國消防協會NFPA 99C、英國衛生技術備忘錄HTM 2022和國際標準化組織ISO 7396-1[16]。各國的標準之間會有所不同，不同點見表2[17]。

表2 各國標準之間的區別

我國在2012年3月30日發布了GB 50751-2012《醫用氣體工程技術規范》，并要求在2012年8月1日起實施[18]。《醫用氣體工程技術規范》中對部分醫用空氣的品質提出了要求，見表3[18]。

表3 部分醫用空氣的品質要求

1.4 需要改進點

通過與標準的對比，發現醫用壓縮空氣的品質離要求還是有一點差距的，油含量和水含量還是不能達到標準，所以對產生油的噴油螺桿式壓縮機和干燥壓縮空氣中水能力不夠強的冷凍式干燥機進行改進。

1.5 改進方案

由于噴油螺桿式壓縮機的原理導致排出來的壓縮空氣始終會含有油的問題，所以選擇將原來使用的噴油螺桿式壓縮機更換成無油壓縮機。無油壓縮機主要有無油螺桿式壓縮機與無油渦旋式壓縮機，通過對二種機型的對比（表4），最終選擇無油渦旋式壓縮機[19]。

表4 無油螺桿式壓縮機與無油渦旋式壓縮機的對比

由于冷凍式干燥機處理后的壓縮空氣還存在較多的水分，所以選擇將原來的冷凍式干燥機替換成吸附式干燥機，從而提高醫用壓縮空氣系統的品質。改進后的醫用壓縮空氣系統流程圖，見圖1。

圖1 改進后的醫用壓縮空氣系統流程圖

2 結果

通過使用無油渦旋式壓縮機和吸附式干燥機的改進，再次對醫用壓縮空氣進行3個月的在線檢測，醫用壓縮空氣的品質大大提高，已符合國際和國內的標準[15]。檢測數據對比表，見表5。

表5 醫用壓縮空氣品質對比表

通過改進醫用壓縮空氣系統，明顯減低了呼吸機因壓縮空氣質量而引起的故障，詳見表6。為醫院節省各項維修費用，同時也保證了呼吸機的安全運行。

表6 歷年呼吸機因氣體所導致的故障次數及百分率[次 (%)]

3 討論

3.1 更換無油渦旋式壓縮機的必要性

由于噴油螺桿式壓縮機壓縮時，空氣和潤滑油在其腔體內一起壓縮，通過油分離器的過濾，排出來的壓縮空氣含油量最低只能為3 ppm，也就是說每立方壓縮空氣至少含有3.83 mg的潤滑油[20]。雖然可以通過管道過濾器對其進行除油過濾，但是除油效果好的活性炭過濾器，也只能夠吸附自身重量10%的潤滑油，所以需要經常更換過濾器[21]。更換過濾器的維護成本高，如不及時更換，醫用壓縮空氣的含油量就會大大超標。并且壓縮空氣中的油含量是隨著空氣溫度的變化而變化的，溫度越高含油量越多（圖2）。排氣溫度高和耗油量大是噴油螺桿式壓縮機最常見的故障，這樣就嚴重縮短過濾器的壽命，使用幾天過濾器就報廢了，導致醫用壓縮空氣含有大量的油。為確保醫用壓縮空氣不含油，所以選擇無油渦旋式壓縮機。由于其機器本身不會產生潤滑油，所以是最佳選擇。

圖2 油霧含量與溫度關系圖

3.2 更換吸附式干燥機的必要性

吸附式干燥機用于壓力露點要求在0以下的場合，其處理后的壓縮空氣露點更低，含水量更少。它通過其內部具有吸附水分子能力的吸附劑來干燥壓縮空氣，水分子通過擴散作用進入到干燥劑顆粒內部孔穴，在低溫或高壓時吸附水分，在高溫或低壓時脫去水分，所以它能達到冷凍式干燥機遠遠不能達到的干燥效果。

而冷凍式干燥機的露點溫度為3℃～10℃，最低也只能降到3℃，再低就會出現冰堵現象。也就是說每立方壓縮空氣含有1克左右的水會進入到呼吸機等醫療設備。

根據《醫用氣體工程技術規范》中提到的醫用壓縮空氣的品質要求，醫療空氣的含水量≤575 mg/Nm3，查空氣含水量與露點的關系（表7），得知其相當于常壓露點 -23.1℃[22]。

而冷凍式干燥機的壓力露點為3℃～10℃，查壓力露點與大氣露點關系圖（圖3），壓力露點為-20℃（0.7 MPa）不能滿足要求[23]。

圖3 壓力露點和大氣露點關系圖

如果要達到要求，就必須提高壓縮機的排氣壓力，當壓縮機排氣壓力≥0.9 MPa時，正好可以滿足常壓露點-23.1℃[24]。但是我們把壓縮機的排氣壓力調整到0.9～1.0 MPa，比原來0.7 MPa時要增加許多電能消耗。每上升0.1 MPa，空壓機將增加7%的電能消耗，而壓縮機的運行電費用占到使用周期成本的72%。對于器械空氣的要求含水量≤50 mg/Nm3，查表7，得知其相當于常壓露點-46℃，所以必須選用吸附式干燥機才滿足要求[22]。

表7 空氣含水量與露點的關系

3.3 確保連續穩定供氣

為確保醫用壓縮空氣系統的連續穩定供氣，必須對醫用壓縮空氣系統內的所有設備進行了冗余設計[25]，我們采用一用一備的方式。每套設備均安裝報警裝置，任何設備出現異常問題均可報警，便于維修人員及時進行切換[26]。這樣可以有效避免因為設備故障而導致停氣事故的發生。

3.4 管理的改善

除了使用高品質的醫用壓縮空氣系統，我們每周都進行一次運行設備的切換，以均衡每臺設備的使用時間。醫用壓縮空氣系統的日常巡檢和定期保養也是非常重要的，每日定期的巡檢可以充分了解設備的運行狀況，同時記錄每天的運行數據，以便于及時發現故障隱患，從而可以在第一時間消除隱患。保持設備及機房環境的清潔，并進行定期的保養不僅能使設備良好的運行，還能延長其使用壽命，將“安全”二字始終圍繞在醫用壓縮空氣系統的整個使用周期內[27-28]。

4 結論

壓縮空氣系統的質量不僅影響到呼吸機等醫療設備的使用壽命，更關系到患者的健康與安全。醫療的安全已經成為各家醫院的頭等大事，但是很多醫院在醫用壓縮空氣方面還是存在一定的隱患[29]。我院通過對醫用壓縮空氣系統中壓縮機和干燥機的升級，有效提升醫用壓縮空氣系統的安全性，大大降低呼吸機等醫療設備的故障率，從而滿足臨床各科室對醫用氣體的需求。